Блокчейн: основні принципи та сфери застосування

Щоб розуміти курс монет та проводити швидкий обмін на іншу крипту або фіат, використовується крипто-калькулятор. Функціонування всіх цих систем уявлялося неможливим до появи технології blockchain.

Цифрові валюти сьогодні використовують як інвестиції, захисний актив та навіть як зарплату у метавсесвітах – ігрових світах, де ви можете створювати аватари, грати, спілкуватися та ходити до магазинів. Щоб розуміти курс монет та проводити їхній швидкий обмін на іншу крипту або фіат, використовується крипто-калькулятор. Однак функціонування всіх цих систем уявлялося неможливим до появи технології blockchain. Цей термін став особливо популярним за рахунок зростання крипторинку. Він нерозривно пов'язаний з інноваційними методами обробки даних, які гарантують цілісність, прозорість та безпеку.

Що являє собою блокчейн?

З англійської мови це слово перекладається як «ланцюг блоків». Цей термін має на увазі спосіб шифрування, передачі та зберігання інформації в розподіленій мережі. З назви можна зрозуміти суть усієї розробки, оскільки відомості в блокчейн-мережі насправді зберігають у форматі ланцюжка цифрових блоків. При цьому передбачено нерозривний зв'язок між новим та попереднім блоком. Вся ця блочна структура зберігається у вузлах комп'ютерної мережі, які називають нодами.

Якщо ще простіше, то blockchain – це розподілений цифровий реєстр, де знаходяться записи про всі транзакції між учасниками мережі. Одна з ключових особливостей – відсутність єдиного центру та керуючих органів. Документуванням та підтвердженням криптооперацій займаються всі учасники блокчейн-мережі, через що підробка чи видалення записів стають практично нереальними. Як результат – відпадає потреба у посередниках (банках). Інновація надає нові можливості в електронній комерції, кібербезпеці, державному управлінні та інших сферах життя.

Історія блокчейну: що це, хто і коли створив?

Багато людей вважають, що цей винахід з'явився 21 жовтня 2008 року, коли Сатоші Накамото описав його у white paper – базовому документі Біткоіна. Досі невідомо, хто ховається під цим псевдонімом – одна людина чи ціла група розробників. Але якщо вдаватися в історію технології, то ще 1991-го вчені Скотт Сторнетта та Стюарт Хабер представили ланцюжок блоків із криптографічними методами захисту. Через рік вони додали до неї систему хешів – унікальних ідентифікаторів, за допомогою яких можна точно перевірити справжність транзакцій.

У 1995-му математики Стюарт та Скотт запустили перший блокчейн – Surety. Ця технологія не мала нічого спільного з криптовалютами. Її мета полягала у підтвердженні достовірності цифрових документів. Реалізація планувалася шляхом внесення до них тимчасових позначок.

В даний час творці blockchain потрапили у двояку ситуацію. З одного боку, їх винахід став основою для формування криптовалютного ринку та набув всесвітньої популярності. Але з іншого, у всіх вкоренилася асоціація блокчейна із творцем Біткоіна, Сатоші Накамото. Самі ж Хабер та Сторнетта залишилися в тіні та невідомими для багатьох.

Криптографія у забезпеченні та верифікації криптотранзакцій

Цей розділ науки вивчає та розробляє методи забезпечення конфіденційності, цілісності та автентичності інформації. Сюди входить створення та аналіз кодів і шифрів, які застосовуються для захисту матеріалів від несанкціонованого доступу та внесення змін.

Криптографія – це важлива складова в блокчейн-системі, оскільки вона дозволяє досягти високого рівня безпеки та верифікації криптотранзакцій. У ході обміну даними між користувачами криптографічні алгоритми шифрують ці відомості, після чого вони стають складними кодами. Такий спосіб необхідний, щоб зберігання даних здійснювалося конфіденційно та із захистом від зовнішнього впливу.

Як працює блокчейн: децентралізація

Blockchain – це розробка, яка допомагає незнайомим людям спільно та на довірчій основі використовувати запис подій. Під «спільно» мається на увазі відсутність єдиного керуючого центру. Реалізувати подібний принцип вдалося лише шляхом створення деяких нових технологій. Один із важливих критеріїв – формування розподіленої мережі. Перш ніж з'явився блокчейн, використовувалося 2 варіанти передачі даних:

1. Централізований.
2. Децентралізований.

Централізована мережа візуально нагадує зірку з безліччю променів. Цей опис є характерним для робочого сервера з підключеними до нього комп'ютерами. Як приклад децентралізованої системи можна навести Інтернет. Кожен комп'ютер у ньому підключений до певного вузла – провайдеру чи серверу. При цьому сам вузол приєднується до інших вузлів. Отже, будь-які два пристрої можуть взаємодіяти між собою, використовуючи кілька проміжних вузлів.

Але в обох випадках дані зберігаються на якомусь сервері. Відповідно, адміністратор такого сервера завжди може змінити або видалити зроблені записи. Тому постала задача – створити мережу, в якій можна бути рівноправними учасниками, але при цьому ніхто не повинен мати можливості вносити коригування.

Рішення – розподілена мережа, у якій кожен пристрій підключається до всіх вузлів системи. До того ж, кожен комп'ютер зберігає всі матеріали, опубліковані в мережі. Для функціонування не потрібні центральні вузли, оскільки кожен пристрій і так є таким вузлом. Така структура призвела до того, що змінювати чи видаляти інформацію, що зберігається на тисячах комп'ютерах, стало практично неможливою задачею. Завдяки цьому вдалося побудувати повністю довірчі взаємини між учасниками.

Що таке хеш-функція?

Неможливо зрозуміти, що таке блокчейн, якщо не звернути увагу на криптографічну хеш-функцію. Хеш працює таким чином, що він приймає будь-яку інформацію, а на виході видає унікальний рядок із 64 символів. Обсяг вихідного тексту немає значення, результатом у будь-якому випадку буде 64 символів. Це можна порівняти з тим, коли ви вставляєте довгий URL-сторінки в сервіс, який генерує короткі посилання. Але відмінність хеш-функції в тому, що вона працює лише в один бік. Тому за її допомогою ви не зможете відновити вихідний текст. Зрозуміти хеш можна із трьох його основних властивостей:

1. Однаковий вихідник завжди дає ідентичний результат, що відкриває безліч можливостей. Завдяки цьому можна перевіряти цілісність файлів, справжність документів.
2. З хешу не можна «витягнути» початкове повідомлення.
3. Якщо замінити у первинному повідомленні хоча б один символ, ви отримаєте кардинально інший результат.

Ключові якості розподіленого цифрового реєстру – незмінність та анонімність. Відповідно, необхідно постійно перевіряти інформацію, але при цьому ніхто не повинен її бачити. Перше, що спадає на думку – таку задачу неможливо вирішити. Але криптографічна хеш-функція може з цим впоратися.

Анонімність досягається шляхом перетворення на код. А провести ідентифікацію даних можна за хешем. Це свого роду відбиток пальця, який не розкриває вам всю інформацію про людину, але дозволяє її ідентифікувати. Хеш працює аналогічно: визначає «відбиток» аудіо, відео, тексту та будь-яких інших матеріалів.

Як транзакція потрапляє до реєстру: механізм роботи

Весь процес складається з кількох етапів:

• Ініціювання криптотранзакції. Учасник блокчейн-мережі створює транзакцію шляхом підписання її приватним ключем. Криптотранзакція після цього вирушає до мережі.
• Розповсюдження транзакції. Вузли системи одержують запит на перевірку коректності транзакції, а саме відповідність криптографічного підпису.
• Формування блоку. Майнери або валідатори поєднують перевірені дані в блоки. Щоб зробити цей процес безпечним, використовується алгоритм консенсусу, наприклад, Proof of Work або Proof of Stake.
• Додавання блоку до ланцюга. Блокчейн в Україні та в усьому світі працює таким чином: коли знайдено правильне рішення, новий блок додається до ланцюжка. Вузли системи підтверджують його та оновлюють свої копії записів.
• Нарахування нагороди. За успішне додавання блоку валідатори чи майнери одержують заохочення у вигляді криптовалюти.

Механізми консенсусу: 2 популярні рішення

Алгоритми консенсусу – важлива складова, від якої залежить цілісність та безпека всієї блокчейн-мережі. Вони необхідні для того, щоб узгодити дані між різними вузлами системи та вирішити конфлікти, якщо такі виникають.

Proof of Work (PoW) – доказ виконання роботи.

Це перший та один із найпоширеніших механізмів консенсусу в блокчейні. Він побудований на тому, що майнери вирішують складні математичні головоломки, таким чином гарантуючі безпеку мережі від атак та зловживань. Найяскравіший приклад, який працює за алгоритмом PoW – криптовалюта Біткоін.

• Proof of Stake (PoS) – доказ частки.

Це альтернативне та більш екологічне рішення. У цьому випадку не потрібні затратні обчислення. Натомість стати учасником можна за допомогою деякої кількості крипти. Вузли, у яких велика частка, підвищують ймовірність створення нових блоків та отримання за це нагороди. Якщо говорити про PoS, його головним прикладом можна назвати Ethereum.

Алгоритми консенсусу – це інструмент формування стабільної блокчейн-мережі, захищеної від зловмисників. Такі механізми допомагають побудувати довірчі відносини між учасниками та зробити процес прозорим та безпечним.

Які існують види блокчейну?

Класифікація відбувається залежно від реалізації рівнів доступу до даних. За цією ознакою блокчейн-платформи можна поділити на такі:

• Публічні, повністю децентралізовані або загальнодоступні. За такого варіанта кожен, хто встановить спеціалізовану програму, може переглядати ланцюжок блоків. Стати частиною мережі може будь-хто. Тут немає єдиного контролюючого органу. До публічного типу блокчейн-мережі відносяться Біткоін та Ефіріум.
• Частково децентралізовані чи консорціумні. Передбачають, що за контроль транзакцій відповідає кілька організацій. Перегляд записів можна реалізувати двома способами – зробити загальнодоступним чи обмеженим колом користувачів. Дійсним блок стає лише у тому випадку, якщо його підписала певна кількість членів консорціуму. Наприклад, блокчейн Corda R3 об'єднав понад 40 великих банків, щоб спільно виконувати біржові операції з облігаціями.
• Повністю приватні. Технологія блокчейн за такої реалізації передбачає ряд правил, внаслідок яких право формування нових блоків зосереджено в одній організації. Для решти аудиторії інформація залишається відкритою, але проведення аудиту та управління системою лежать виключно на вузлах, які встановили власники. Цей вид відкриває кілька переваг: знижена вартість операцій, збільшена швидкість транзакцій за секунду, простота оновлення програмної частини.

Гібридні блокчейн-мережі

Як зрозуміло з назви, цей формат поєднує у собі елементи приватних та публічних blockchain. Такі платформи отримали прозорість та безпеку загальнодоступних систем у парі з контролем та конфіденційністю приватних блокчейнів. Гібридний ланцюжок влаштований таким чином, що деякі складові мережі залишаються відкритими для користувачів з метою перевірки транзакцій, при цьому доступ до інших блоків може обмежуватися.

Гібридні блокчейн-системи переважні за високий рівень масштабованості та ефективності, якщо порівнювати з публічним типом. При такому варіанті ви можете налаштувати мережу згідно з поставленими бізнес-вимогами.

Як пов'язані Bitcoin та blockchain?

Біткоїн – перша та найвідоміша на сьогодні криптовалюта, і саме в ній блокчейн реалізований найкраще. Це приклад, на якому ви можете побачити організацію масового обчислення хешу. Автор першого блоку може просто вивести унікальну формулу та по ній розрахувати «батька». У Біткоїнах застосовні правила, які властиві розробці в цілому:

• Унікальність кожного хеша. При створенні нової криптотранзакції генерується інший хеш, який немає жодного відношення до попереднього. А це означає, що по одному неможливо підібрати другий.
• Нереальність відновлення початкового повідомлення із хеша. Як наслідок – перебір не спрацює для злому системи.
• Певна періодичність появи нового хешу, яка закладена на рівні формули. Блокчейн – це завжди про незмінність даних. Так і в цьому випадку – вносити коригування у формулу може виключно творець певної системи.
• Публічність бази даних. Це гарантує захист від злому.
• Обчисленнями займаються самі користувачі. І якщо раніше для цього було достатньо домашнього комп'ютера, то тепер потрібно спеціальне потужне обладнання.

Зверніть увагу, що Біткоїн побудований таким чином, що всі операції є видимими. Власники гаманців цієї крипти можуть ознайомитися з тим, яку суму та куди було перераховано. Тим не менш, підтримується повна анонімність: особисті дані власників криптогаманців не розкриваються.

Де застосовується блокчейн-технологія?

Цей винахід необмежений певними сферами використання. Він реалізований не тільки в Біткоїні та інших криптовалютах, але також зустрічається у фінансах, управлінні, охороні здоров'я та інших секторах:

• Платіжні системи – для створення крипти, яку можна задіяти для швидких, недорогих та безпечних міжнародних платежів без участі посередників.
• Корпоративні блокчейн-мережі – для задоволення потреб конкретних організацій, їхніх партнерів та клієнтів. Технологія застосовується для створення приватних, децентралізованих реєстрів, які характерна безпека, автоматизація та прозорість транзакцій.
• Юридична сфера – це можливість створити смарт-контракти. Вивчаючи про блокчейн, ви дізнаєтесь, що смарт-контракти є важливою їхньою частиною. Головна їхня особливість – автоматичне виконання при досягненні заданих умов.
• Медицина та охорона здоров'я – для безпечного зберігання та обміну даними пацієнтів між різними медичними закладами. Це також чудове рішення, щоб контролювати ліцензування та сертифікацію медперсоналу.
• Логістика та моніторинг поставок – для формування ланцюжків поставок, які можна відстежувати, щоб будь-хто міг переконатися в якості товарів.
• Енергетика – децентралізація енергетичних систем та можливість створення мікроелектромереж, необхідних для реалізації задуму торгівлі енергією між самими користувачами.

Це лише деякі з прикладів застосування blockchain. Розробка має величезний потенціал, який можна використовувати для вирішення проблем та розвитку різних сфер життя.

Переваги блокчейн-технології

Експерти прогнозують, що наступні кілька років виведуть застосування цієї інновації на новий рівень. Революційна складова розробки дозволить змінити існуючі бізнес-процеси, зробивши їх більш ефективними та надійними. Впровадження блокчейну дає компаніям деякі бізнес-переваги:

• Формування довірчих відносин між сторонами, які ведуть спільний бізнес.
• Усунення розрізненості даних за рахунок їх інтеграції до загальної системи. Це стало можливим завдяки розподіленій книзі, доступ до якої відкрито лише у призначених сторін.
• Забезпечення високого рівня безпеки для інформації.
• Відмова від залучення до бізнес-процесів посередників.
• Створення мережі з відкритими для всіх учасників записами, захищеними від маніпуляцій.
• Відстеження та контролювання товарів та послуг на всіх етапах поставок.
• Гарантія справжності та цілісності продуктів, що знаходяться у комерційному обігу.

Недоліки, на які варто звернути увагу

Незважаючи на те, що blockchain – це панацея для багатьох сфер життя, цей винахід має деякі мінуси:

• Масштабованість.

Проблема в тому, що блокчейни здатні обробляти лише обмежену кількість криптотранзакцій за секунду (TPS). Наприклад, у Біткоїна показник становить 3-7 TPS, у Ефіріуму – 13-15 TPS. Проєкт Ethereum знайшов вихід через використання рішення другого рівня (Layer 2). Його сенс полягає в тому, що обробка зросла до десятків тисяч транзакцій на секунду. До числа L2-блокчейнів можна віднести такі: Polygon, Arbitrum, Optimism та ін.

• Складність.

Якщо людина далека від світу технологій, то і blockchain здасться чимось дуже складним. І це гальмує масове використання розробки.

• Споживання електроенергії.

Майнінг все ще має місце, а його головна проблема – висока енергоємність.

• Регулювання.

Поки що немає уявлення про те, як регулювати блокчейн. Нормативна невизначеність може зупинити ті організації, які розглядають для себе використання блокчейну.

• Сумісність.

На сьогодні різні блокчейн-мережі залишаються несумісними між собою, через що дещо ускладнюється передача цінності або даних між різними мережами.

• Безпека.

Конструкція самої технології, безумовно, безпечна, проте зафіксовано випадки злому та порушення захисту.

Які перспективи розвитку?

Якщо ви розглядаєте цей винахід у розрізі криптовалют, то для першої купівлі та подальшої роботи з цифровими активами рекомендується зареєструватися на біржі. В Україні популярні такі відомі криптоплатформи: WhiteBIT, Binance, Kuna, Huobi та ін. На глобальному рівні технологія передбачає дуже привабливі перспективи. За допомогою блокчейна можна вирішити одразу кілька проблем:

• Суттєве скорочення часу на проведення фінансових операцій.
• Зниження витрат, оскільки виявляться непотрібними потужні сервери та дорогі комплекси зберігання даних.
• Відмова від монополії від імені великих компаній, які через свій капітал можуть маніпулювати ринком.

Оптимістичні прогнози говорять про те, що таким чином можна позбутися корупції, грошових махінацій та інших злочинів із фінансами. За рахунок прозорості системи користувачі почнуть дотримуватись законодавства, оскільки всі операції будуть відкритими. Але важливо розуміти, що для держави такі зміни стають критичними, оскільки не передбачено спеціального регулювання. Через це перехід на блокчейн у глобальному розумінні поки що залишається під сумнівом.